Une ligne de phosphatation au zinc a tiré un thermoplongeur en PTFE de 5 kW après seulement huit mois de service. La surface de la gaine faisant face aux pièces semblait normale. La face inférieure-côté faisant face à la paroi du réservoir-était recouverte d'une couche dense et compactée de boue sombre, de 15 à 20 mm d'épaisseur. La résistance d'isolement est tombée à 18 MΩ. La boue était un mélange de précipité de phosphate de fer, de boue de phosphate de zinc et de graviers résiduels qui s'étaient déposés et consolidés dans l'espace entre le radiateur et le mur.
Les bains de phosphatation génèrent des boues en permanence. La réaction de revêtement de conversion produit des phosphates insolubles qui précipitent hors de la solution. Dans un réservoir avec un thermoplongeur en PTFE monté sur ou à proximité du mur, l'espace entre le réchauffeur et le mur devient un piège à boues. Les boues s’accumulent, se consolident et finissent par recouvrir le dessous du chauffe-eau.
Pourquoi les bains de phosphatation génèrent autant de boues
La réaction de phosphatation convertit les ions métalliques dissous en composés phosphatés insolubles. Pour chaque mètre carré de surface en acier phosphatée, environ 2 à 5 grammes de boues sont produits. Dans une ligne à haut débit, la production quotidienne de boues peut atteindre plusieurs kilogrammes.
Les boues sont constituées de phosphate de fer, de phosphate de zinc et de phosphates complexes d'autres métaux. Il est fin, dense et se dépose facilement. Dans une cuve à faible débit, les boues s'accumulent sur des surfaces horizontales et dans des zones de faible-vitesse.
| Débit de ligne | Surface en acier phosphatée | Génération quotidienne de boues | Accumulation mensuelle |
|---|---|---|---|
| Faible, 100 m²/jour | 100 m² | 0,2 à 0,5 kg | 6 à 15 kg |
| Moyenne, 500 m²/jour | 500 m² | 1,0 à 2,5 kg | 30 à 75 kg |
| Élevé, 1 000 m²/jour | 1,000 m² | 2,0 à 5,0 kg | 60-150kg |
| Très haut, 2 000 m²/jour | 2,000 m² | 4,0 à 10,0 kg | 120 à 300 kg |
Taux de génération de boues dans les lignes de phosphatation par débit
Pourquoi le dessous du radiateur collecte les boues
L'espace entre le thermoplongeur en PTFE et la paroi du réservoir constitue une zone à faible débit. Le réchauffeur protège l’espace de la circulation du réservoir principal. Les boues se déposent dans la brèche et s'accumulent car il n'y a pas de flux pour les emporter.
L’espace retient également la chaleur. Le réchauffeur réchauffe le fluide dans l’espace, mais le fluide ne peut pas s’échapper. Le fluide piégé stagne et les boues se déposent plus rapidement. La combinaison d’un faible débit et d’une température élevée accélère l’accumulation des boues.
La couche de boue située sous le chauffe-eau est isolée du réservoir principal. La chaleur générée par le réchauffeur doit traverser la couche de boues avant d'atteindre la paroi du réservoir et le fluide en vrac. La boue ajoute une résistance thermique, ce qui augmente la température de surface de la gaine des deux côtés. La température plus élevée accélère la dégradation du PTFE et la formation de tartre du côté du processus.
Les conséquences thermiques de la couverture de boues
Une couche de boue située sous le radiateur agit comme une couverture isolante. La température à la surface de la gaine augmente car la chaleur ne peut pas s'échapper à travers la boue. La température plus élevée augmente la force motrice pour un dépôt supplémentaire de boues et accélère la dégradation du PTFE.
Pour un appareil de chauffage fonctionnant à 1,2 W/cm², une couche de boue de 10 mm avec une conductivité thermique de 0,5 W/m·K ajoute environ 24 degrés de chute de température. La température de la surface de la gaine augmente d’autant, ce qui peut pousser le PTFE dans la plage de dégradation.
| Épaisseur des boues | Résistance thermique | Augmentation du ΔT de la surface | Impact sur la durée de vie du PTFE |
|---|---|---|---|
| 0 mm | 0 | Référence | Aucun |
| 5 millimètres | 0.01 m²·K/W | 12 degrés | Modéré |
| 10 millimètres | 0.02 m²·K/W | 24 degrés | Significatif |
| 15 mm | 0.03 m²·K/W | 36 degrés | Grave |
| 20 millimètres | 0.04 m²·K/W | 48 degrés | Critique |
Effet de l'épaisseur de la boue sur la température de surface de la gaine PTFE en service de phosphatation
Prévenir l'accumulation de boues sous les thermoplongeurs en PTFE
La prévention la plus efficace consiste à éliminer l’espace où les boues s’accumulent. Un appareil de chauffage monté à ras de la paroi du réservoir ne présente aucun espace. Un appareil de chauffage monté sur un support avec un espace contrôlé qui peut être rincé présente un espace, mais cet espace peut être nettoyé.
Si l'espace est inévitable, il doit être accessible pour le nettoyage. Le chauffage doit être amovible sans démonter le réservoir et l'espace doit être comblé lors de l'entretien de routine. Un orifice de vidange au point bas de l'espace permet d'évacuer les boues.
Un nettoyage régulier du réservoir élimine les boues avant qu'elles ne se consolident. Dans les cuves de phosphatation à forte génération de boues, la cuve peut nécessiter un nettoyage tous les 3 à 6 mois. Le radiateur doit être retiré pendant le nettoyage pour accéder à l'espace.
| Mesure de prévention | Efficacité | Mise en œuvre | Coût |
|---|---|---|---|
| Montage encastré | Haut | Conception du chauffage | Faible |
| Espace accessible | Modéré | Conception de montage | Modéré |
| Nettoyage régulier du réservoir | Haut | Calendrier d'entretien | Modéré |
| Piège à boues | Modéré | Conception du réservoir | Plus haut |
Mesures de prévention de l'accumulation de boues sous les thermoplongeurs en PTFE
Lorsque la couverture de boues indique un problème de conception
Un appareil de chauffage qui accumule rapidement les boues malgré un nettoyage régulier indique que la conception du réservoir permet aux solides de se déposer dans un endroit inaccessible. Une configuration personnalisée de thermoplongeur en PTFE avec une conception de montage encastré-ou un espace-auto-drainant s'attaque à la cause première de l'accumulation de boues. Le processus de spécification nécessite la chimie du bain, le taux de génération de boues, la conception du réservoir et la puissance requise. Pour les installations équipées de lignes de phosphatation, cette approche-spécifique à l'application réduit la surchauffe liée aux boues-et prolonge la durée de vie du réchauffeur.
